CN107345267A - 一种高性能tbm用盘形滚刀热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热处理领域,具体地说是一种高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺。热处理工艺包括以下步骤:1)钢材锻后退火处理;2)调质前双细化热处理工艺:将锻件加热至1030~1060℃,保温2~3h,重复前述工艺后加热至850~870℃,保温2~3h,降温至730~740℃,保温4~5h,炉冷;3)淬火处理:将工件加热至1030~1060℃,保温2~3h后油淬;回火处理:将工件加热至540~560℃,保温1.5~2.5h后空冷至室温,重复回火一次。通过本发明工艺得到的TBM用盘形滚刀,碳化物细小弥散分布于基体上,晶粒尺寸均匀细小,碳化物和晶粒尺寸得到了双细化。同时,盘形滚刀具有高的硬度,良好的耐磨性和抵抗冲击的性能,有效地提高了盘形滚刀的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于热处理领域,具体地说是一种高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,它适用于高性能TBM用盘形滚刀的生产制造过程。
背景技术
TBM(Tunnel boring machine)为全断面隧道掘进机,一般用于硬质岩层的掘进。盘形滚刀为TBM的关键零部件,固定在TBM刀盘上,在工作过程中直接与岩层相接触,通过对岩层的挤压作用来进行破岩动作,通过刀盘的旋转带动刀盘上刀具刮蹭岩石使破碎的岩石脱落。TBM工作过程中承受高达260~330KN的载荷,TBM常以磨损、断裂形式失效,同时亦存在高载荷下导致的压溃、崩刃等其他的失效形式。刀圈的失效会迫使盾构机停止作业,而频繁的换刀不仅会延误施工工期,同时也会增加盾构机施工成本。
随着隧道掘进技术在“海绵城市”、“地下管廊(网)”及“跨海隧道”建设中的应用,复杂的地下岩层对盘形滚刀的性能提出了更高的要求,盘形滚刀工作中要具有较好的耐磨性能,同时也必须具有较高的抵抗冲击的性能。传统的刀圈热处理工艺为淬火加高温回火,多在回火温度上调控以控制硬度和韧性的匹配关系,对于钢中碳化物、晶粒尺寸的控制要求较少,而滚刀刀圈的耐磨性、抗冲击性能与碳化物和晶粒尺寸的大小有着直接的关系。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,解决现有技术中碳化物形貌、尺寸及分布的不合理,晶粒尺寸粗大、不均匀等严重降低盘形滚刀使用寿命的问题。
本发明的技术方案是:
一种高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.46~0.58%;硅0.80~1.20%;锰0.20~0.60%;铬4.50~5.80%;镍0.15~0.40%;钼1.15~1.55%;钒0.85~1.40%;磷小于0.02%;硫小于0.01%;余量为铁;
TBM用盘形滚刀的热处理工艺包括以下步骤:
1)锻后热处理工艺
将盘形滚刀以最大220℃/h加热至850~870℃,保温2~3h后,以最大40℃/h缓冷至最高温度580~600℃,随炉冷却至室温;
2)调质前双细化热处理工艺
首先,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;其次,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;然后,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至850~870℃,保温2~3h,以50~100℃降温至730~740℃,保温4~5h,随炉冷至室温;
3)调质热处理工艺
淬火工艺:将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温;
回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以最大300℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以最大300℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温。
所述的高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,热处理工艺均在真空感应炉内进行。
本发明的优点及有益效果是:
采用本发明工艺热处理后的盘形滚刀碳化物细小弥散分布于基体上,晶粒尺寸均匀细小,碳化物和晶粒尺寸得到了双细化。同时,盘形滚刀具有高的硬度,良好的耐磨性和抵抗冲击的性能,提高了盘形滚刀的使用寿命,缩短隧道掘进施工周期,节约了盘形滚刀的使用成本。
附图说明
图1为实施例1中盘形滚刀显微组织图。
图2为实施例2中盘形滚刀显微组织图。
图3为实施例3中盘形滚刀显微组织图。
具体实施方式
在具体实施过程中,本发明高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.46~0.58%;硅0.80~1.20%;锰0.20~0.60%;铬4.50~5.80%;镍0.15~0.40%;钼1.15~1.55%;钒0.85~1.40%;磷小于0.02%;硫小于0.01%;余量为铁;
TBM用盘形滚刀的热处理工艺包括以下步骤:
1)锻后热处理工艺
所述高性能TBM用盘形滚刀锻造后,为了便于粗加工的进行,需进行退火处理。
退火工艺:将盘形滚刀以100~200℃/h加热至850~870℃,保温2~3h后,以10~30℃/h缓冷至500~600℃,随炉冷却至室温。
2)调质前双细化热处理工艺
首先,将盘形滚刀以100~200℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;其次,将盘形滚刀以100~200℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;然后,将盘形滚刀以100~200℃/h加热至850~870℃,保温2~3h,以50~100℃降温至730~740℃,保温4~5h,随炉冷至室温。
双细化热处理工艺的设计思想和作用是:对于枝晶相对发达,组织相对粗大的钢,锻造过程在一定程度上可以细化晶粒,但后续的细化处理是必不可少的。退火前将钢加热到足够高的温度,使碳化物充分溶入到奥氏体中,控制其析出过程,使碳化物弥散细小析出,不但可以使碳化物细小均匀,同时可以细化晶粒、组织,起到双细化的作用,显著提升钢的力学性能。
3)调质热处理工艺
淬火工艺:将盘形滚刀以100~200℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温。
回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以180~280℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以180~280℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温。
淬火工艺+回火工艺的设计思想和作用是:淬火时将钢加热到临界温度以上,保温以后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体组织,以提高其硬度、强度、耐磨性能等;回火时将淬火钢在A1以下温度加热,使淬火组织转变为稳定的回火组织,消除淬火应力,提高钢的韧性和塑性,获得硬度、强度、塑性和韧性的最佳匹配关系,满足实际工况使用性能要求。
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚,下面将结合具体实施例和附图进行详细描述。
实施例1
本实施例中,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.50%;硅1.00%;锰0.40%;铬5.20%;镍0.25%;钼1.35%;钒1.27%;磷0.012%;硫0.006%;余量为铁。
本实施例中,热处理工艺包括以下步骤:1)将盘形滚刀以150℃/h加热至860℃,保温2.5h后,以20℃/h缓冷至温度590℃,随炉冷却至室温;2)首先,将盘形滚刀以150℃/h加热至1050℃,保温2.5h,以120℃/h快冷至温度310℃;其次,将盘形滚刀以150℃/h加热至1050℃,保温2.5h,以120℃/h快冷至温度310℃;然后,将盘形滚刀以150℃/h加热至860℃,保温2.5h,以80℃降温至735℃,保温4.5h,随炉冷至室温;3)淬火工艺:将盘形滚刀以150℃/h加热至1050℃,保温2.5h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温;回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以220℃/h加热至550℃,保温2h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以220℃/h加热至550℃,保温2h,空冷至室温。
如图1所示,通过本发明的工艺得到的TBM用盘形滚刀显微组织中碳化物细小弥散分布在晶粒内和晶界上,根据NADCA北美压铸协会标准评定经双细化后的退火组织为AS3级,根据GB/T6394-2002标准,退火态晶粒尺寸达9.5级以上,退火态组织达到了较理想的水平,实现了退火态的晶粒尺寸和碳化物尺寸双细化。盘形滚刀硬度值在56~59HRC,具有较好的抵抗冲击的性能和耐磨性,提高了TBM用盘形滚刀的使用寿命。
实施例2
本实施例中,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.48%;硅1.15%;锰0.26%;铬5.70%;镍0.18%;钼1.43%;钒0.88%;磷0.008%;硫0.005%;余量为铁。
本实施例中,热处理工艺包括以下步骤:1)将盘形滚刀以120℃/h加热至850℃,保温2h后,以10℃/h缓冷至温度580℃,随炉冷却至室温;2)首先,将盘形滚刀以120℃/h加热至1040℃,保温2h,以100℃/h快冷至温度300℃;其次,将盘形滚刀以120℃/h加热至1040℃,保温2h,以100℃/h快冷至温度300℃;然后,将盘形滚刀以120℃/h加热至850℃,保温2h,以60℃降温至730℃,保温4h,随炉冷至室温;3)淬火工艺:将盘形滚刀以120℃/h加热至1040℃,保温2h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温;回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以180℃/h加热至540℃,保温1.5h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以180℃/h加热至540℃,保温1.5h,空冷至室温。
如图2所示,通过本发明的工艺得到的TBM用盘形滚刀显微组织中碳化物细小弥散分布在晶粒内和晶界上,根据NADCA北美压铸协会标准评定经双细化后的退火组织为AS3级,根据GB/T6394-2002标准,退火态晶粒尺寸达9.5级以上,退火态组织达到了较理想的水平,实现了退火态的晶粒尺寸和碳化物尺寸双细化。盘形滚刀硬度值在56~59HRC,具有较好的抵抗冲击的性能和耐磨性,提高了TBM用盘形滚刀的使用寿命。
实施例3
本实施例中,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.55%;硅0.82%;锰0.57%;铬4.51%;镍0.38%;钼1.19%;钒1.36%;磷0.015%;硫0.007%;余量为铁。
本实施例中,热处理工艺包括以下步骤:1)将盘形滚刀以180℃/h加热至870℃,保温3h后,以30℃/h缓冷至温度600℃,随炉冷却至室温;2)首先,将盘形滚刀以180℃/h加热至1060℃,保温3h,以130℃/h快冷至温度320℃;其次,将盘形滚刀以180℃/h加热至1060℃,保温3h,以130℃/h快冷至温度320℃;然后,将盘形滚刀以180℃/h加热至870℃,保温3h,以100℃降温至740℃,保温5h,随炉冷至室温;3)淬火工艺:将盘形滚刀以180℃/h加热至1060℃,保温3h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温;回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以280℃/h加热至560℃,保温2.5h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以280℃/h加热至560℃,保温2.5h,空冷至室温。
如图3所示,通过本发明的工艺得到的TBM用盘形滚刀显微组织中碳化物细小弥散分布在晶粒内和晶界上,根据NADCA北美压铸协会标准评定经双细化后的退火组织为AS3级,根据GB/T6394-2002标准,退火态晶粒尺寸达9.5级以上,退火态组织达到了较理想的水平,实现了退火态的晶粒尺寸和碳化物尺寸双细化。盘形滚刀硬度值在56~59HRC,具有较好的抵抗冲击的性能和耐磨性,提高了TBM用盘形滚刀的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,其特征在于,该TBM用盘形滚刀成分与质量百分比为:碳0.46~0.58%;硅0.80~1.20%;锰0.20~0.60%;铬4.50~5.80%;镍0.15~0.40%;钼1.15~1.55%;钒0.85~1.40%;磷小于0.02%;硫小于0.01%;余量为铁;
TBM用盘形滚刀的热处理工艺包括以下步骤:
1)锻后热处理工艺
将盘形滚刀以最大220℃/h加热至850~870℃,保温2~3h后,以最大40℃/h缓冷至最高温度580~600℃,随炉冷却至室温;
2)调质前双细化热处理工艺
首先,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;其次,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,以100~150℃/h快冷至温度300~320℃;然后,将盘形滚刀以最大220℃/h加热至850~870℃,保温2~3h,以50~100℃降温至730~740℃,保温4~5h,随炉冷至室温;
3)调质热处理工艺
淬火工艺:将盘形滚刀以最大220℃/h加热至1030~1060℃,保温2~3h,盘形滚刀出炉进行油淬至室温;
回火工艺:首先,将盘形滚刀放入炉中以最大300℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温;然后,将盘形滚刀以最大300℃/h加热至540~560℃,保温1.5~2.5h,空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的高性能TBM用盘形滚刀热处理工艺,其特征在于,所述的热处理工艺均在真空感应炉内进行。
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